厌氧膜生物反应器的发展综述摘要：本文介绍了厌氧膜生物反应器的工作机理和在我国污水处理中的应用，综述了不同运行参数对厌氧膜生物反应器中的污水处理效果、厌氧膜生物反应器在污水处理中的应用情况，讨论了影响厌氧膜生物反应器性能的主要参数、膜的污染预防与控制等，最后探讨和展望了厌氧膜生物反应器的应用前景，并指出了该领域今后的研究方向。
关键词：厌氧膜生物反应器；运行参数；膜污染；污泥减量化；水处理应用曾智浩1120859002目录厌氧膜生物反应器的发展综述 (1)1 厌氧膜生物反应器及其应用 (3)1.1我国污水处理情况 (3)1.2厌氧膜生物反应器简介 (3)2运行参数对厌氧膜生物反应器运行效率的影响 (8)2.1 温度对厌氧膜生物反应器的影响 (8)2.2 污泥龄和水力停留时间对膜的影响 (8)2.3 曝气和运行通量对膜的影响 (10)2.4 其他因素对厌氧膜生物反应器的影响 (12)3 关于膜表面浓差极化和污泥附着问题 (14)3.1 浓差极化和污泥泥饼的形成模型 (14)3.2 超声波控制膜污染 (16)4 厌氧膜生物反应器的应用 (21)4.1 对城市生活污水的处理 (21)4.2 对工业污水的处理 (21)4.3 对医院污水的处理 (22)4.4 对垃圾渗滤液的处理 (23)4.5 在脱氮除磷方面的应用 (23)5 结语 (26)参考文献 (27)1 厌氧膜生物反应器及其应用1.1我国污水处理情况我国是一个严重缺水的国家，我国人均水资源量仅为世界人均拥有量的1/4 ，其中华北地区人均水资源量小于400m3，已属于严重缺水地区。
我国是世界上严重缺水的十二个国家之一。
表1是对国内近年污水排放量的统计数据及2010年的预测数据。
表 1 国内近年污水排放量统计据统计，我国的江河湖泊和水库中，已经受污染的约占82.3%；全国设立有监测系统的1200条河流中，已有850条受到污染；七大水系中，一半以上受到不同程度的污染，达不到安全饮用水源的标准，已基本丧失直接使用得功能；沿海水体发生赤潮和富营养化现象增多。
因此，水环境的保护和治理已成为我国实现可持续社会发展的重要任务。
1.2厌氧膜生物反应器简介MBR最早用于酶制剂工业，Blatt等在1965年提出了用膜分离技术进行微生物浓缩，该技术现已形成工业化规模。
美国的Smith于1969年创造性地把MBR 技术引进到废水处理中来，他利用一个外部循环的板框式组件实现了膜过滤，并在生活污水处理中获得了极佳的处理效果。
Budd的MBR于1969年被确定为美国专利，这可作为MBR用于水处理的标志。
70～80年代：日本开始大力研究，自1983年～1987年，有13家公司使用MBR处理大楼废水；加拿大ZRNON公司商业化产品—ZenoGem于1982年投入使用；厌氧生物反应器与膜技术组合研究在80年代初受到重视。
80年代末以后，研究更是方兴未艾。
一体式MBR在1989年推出；运行条件优化，膜污染机理研究深入；处理废水对象的多样化：生活污水，粪便废水、有机工业废水等；推广应用更为广泛，英国、德国、荷兰、美国、日本，法国、南非和澳大利亚等国已得到很多应用。
近年，欧盟MBR项目提出以下研发内容：加快以城市污水净化为目标的膜技术发展，降低基建与运行成本；城市污水深度处理的MBR技术，过程优化与膜污染控制；分散处理MBR及节能技术。
1.2.1厌氧膜生物反应器的工作原理污水处理中的MBR法是将膜分离技术中的超、微滤技术和活性污泥法有机结合的污水处理高新技术，主要有膜组件、生物反应器、物料输送三部分组成，其运行原理是利用反应器内大量的微生物有效地降解污水中各种有机物，使水质得到净化，并通过膜分离装置代替传统工艺中的二沉池，提高固液分离的效率，从而得到优质的出水，基本解决了传统的活性污泥法存在的污泥膨胀、污泥浓度低等因素造成的出水水质达不到中水回用要求的问题。
系统内微生物种群数量是决定厌氧工艺处理能力的主要因素之一。
除了废水组成、操作条件外，反应器类型也影响产甲烷菌种群数量。
在厌氧反应器中主要存在两类产甲烷菌：甲烷八叠球菌和甲烷丝状菌属。
AnMBR中的微生物种群膜在厌氧反应器中的应用不但可以增加微生物的数量，还可以改变优势种群。
InceO等研究AnMBR中微生物种群的变化时发现，从城市污水的消化池中接种污泥，其最具优势的群落为甲烷球菌属，其次分别为甲烷八叠球菌、短杆菌、中杆菌、丝状菌以及长杆菌。
而在AnMBR中发现优势种群出现了变化，相应的顺序为：中杆菌、短杆菌、甲烷八叠球菌、长杆菌以及丝状菌。
运行14周后，产甲烷菌和非产甲烷菌都相应增加了50%和20%，同时具有活性产甲烷菌急剧增加。
自体荧光产甲烷菌与细菌总量的比值在6.7%到8.3%之间变化，具有生物活性的产甲烷菌增加了近20倍。
AnMBR中微生物浓度由于膜的截留作用，可以维持反应器中高浓度的微生物量，从而提高反应器的容积负荷。
在AnMBR运行的前期，由于微生物的积累，污泥增长速率很快，MLVSS的质量浓度可达到数十g/L。
同时膜对微生物浓度分布也有影响，ChooKH等发现，在0.5m/s的流速、0.1MPa的压力下，经过20d的运行，反应器内MLVSS的质量浓度从2410mg/L降低到920mg/L，而膜表面附着的微生物的质量浓度增加到20700mg/L，系统中约有16%的微生物转移到了膜表面。
随着研究和开发的深入，MBR技术己经显示出良好的发展前景，在污水处理领域正在受到广泛的重视，并孕育着极大的发展潜力，其应用范围和规模将不断扩大和增加。
目前MBR在国外己进入广泛应用，在国内的应用也得到了一定的发展。
1.2.2厌氧膜生物反应器的种类及其优缺点AnMBR 常用的厌氧系统主要有：升流式厌氧污泥床反应器(UASB) 、厌氧颗粒膨胀污泥床( EGSB) 、厌氧流动床( FB) 、厌氧生物滤池(AF) 、折流式厌氧反应器(ABR) 等。
AnMBR 的膜组件主要是超滤和微滤膜，在膜组件的配置上主要有两种形式，即外置式和内置式，如图1 所示。
外置式是将膜组件和生物反应器分开放置( 图1a) 。
在这一配置中，因为反应器中缺少空气鼓泡，需要通过水泵进行液体循环以形成膜表面的切向流来改善膜污染状况。
目前的研究表明膜每透过1m3水量，往往需要25～80 m3的料液( 污泥混合液) 循环量，因而需要较高的能耗。
但由于这一配置能有效改善膜污染，是目前AnMBR 中最普遍的配置。
内置式是将膜组件浸入到液体水槽中。
这一配置需要曝气来防止膜表面污泥沉积层的形成，但反应器需要保持厌氧的环境，因而往往将厌氧消化产生的沼气用于对膜表面进行冲刷。
根据是否将膜组件直接放入反应器内分，内置式又可分为两种形式，分别如图1b、1c 所示。
(a) (b)图1-1 MBR示意图：(a)分置式MBR；(b)一体式MBR1-填料；2-膜组件；3-生物反应器；4-抽吸泵图1-2 复合式MBRAnMBR 技术在保留厌氧生物处理技术投资省、能耗低、可回收利用沼气能源、负荷高、产泥少、耐冲击负荷等诸多优点的基础上，由于引入膜组件，还带来了一系列优点。
如膜组件的高效分离截留作用使生物量不会从反应器中流失，实现了SRT 和HRT的有效分离，因而AnMBR 可以有更高的有机负荷和容积负荷。
如Ross 等发现，当引入膜组件后，厌氧反应器的有机负荷率(OLR) 从4 kgCOD/(m3·d)提高到12 kgCOD/(m3·d) ，而处理效果不受影响。
同时，膜的截留作用使得浊度、细菌和病毒等物质得到大幅度去除，提高了出水水质。
除此之外，膜分离作用还体现在对厌氧反应器的构造和处理效果有特殊的强化作用。
如将UASB 与膜组合为例，将不再需要设计严格的三相分离器来实现气固液的分离；而对于两相厌氧MBR，膜分离作用可以使产酸反应器中的产酸细菌浓度增加，提高水解发酵的能力，同时膜将大分子有机物截留在产酸反应器中使之水解发酵，因此可以使系统保持较高的酸化率。
AnMBR 在保留厌氧生物处理工艺优点的基础上，还可显著改善反应器固液分离效果，考虑到厌氧微生物的低增值速率，这种工艺特别适用于处理拮抗化合物，如生物难降解的有机污水。
它的应用前景在于，对于某些污水采用UASB 系统出现颗粒污泥成粒非常困难时或SS 非常高的有机废水，特别是高浓度有机废水，采用AnMBR 具有非常好的应用前景。
但要大范围的推广应用AnMBR 技术，特别是在我国应用这项技术，仍存在许多难题有待研究。
主要有：( 1) 膜污染问题。
膜污染问题很大程度上决定了AnMBR 系统的经济性和实用性。
AnMBR 中污泥特性与好氧情况有较大改变，膜污染情况往往更复杂。
膜污染的影响因素很多，污泥组成、操作条件、膜组件的材料和构造都对膜污染有重要影响，因而研究它们之间的关系对于膜污染控制有重要意义，目前这方面的研究还不多。
( 2) 能耗的问题。
由于目前的AnMBR 大多数使用的是外置式的，之所以采用外置式是因为反应器中缺少有效的水力条件( 水力紊动) ，所以需要通过水泵来进行液体循环以改善污染状况。
这就造成了耗能相对较高。
( 3) 经验参数缺乏。
由于AnMBR 的研究不多，尤其是在国内，所以对各种不同行业的废水处理的经验参数缺乏，例如停留时间、有机负荷等等，这就要求大量的实验支持。
2运行参数对厌氧膜生物反应器运行效率的影响2.1 温度对厌氧膜生物反应器的影响运行温度是影响微生物活性及生物处理效果的重要条件之一，其过高或过低均会影响系统内部污泥的特性，进而影响膜污染的发展。
Sven Lyko通过对MBR 污水厂长达2 a 的在线观测结果得出较低的温度会加速膜污染，并推测其成因主要是温度降低会导致液态黏度升高，另外温度较低时期污水中有机物浓度也较其他时期偏高。
因此建议在展开MBR 试验及相关设计时，应考虑冬季低温季节，尽量引进热源，用以保持较高的膜通量和保证污泥混合液中微生物的活性，尽量降低低温条件对膜污染带来的不利影响。
温度的变化会加剧膜污染的速率，但是当微生物适应低温环境时，膜污染速率会逐渐减缓，同时由于膜对污染物的截留可以有效补偿低温时微生物降解作用的不足，低温时MBR的出水水质并没有受到明显的影响。
低温会导致污泥中SMP和EPS 释放的增加，导致其含量增高，但并没有进一步导致膜污染的加剧。
相反地，低温时污泥粒径较高温时小，有效减少了污泥颗粒在膜表面的沉积，因而膜污染速率反而有所降低。
2.2 污泥龄和水力停留时间对膜的影响水力停留时间（Hydraulic Retention Time）简写作HRT，是指待处理污水在反应器内的平均停留时间，也就是污水与生物反应器内微生物作用的平均反应时间。
因此，如果反应器的有效容积为V（立方米），则：HRT = V / Q (h)即水力停留时间等于反应器高度与水流速度之比。